科技时报网 看见科技的生产力
首页 /  硬件 / 内容详情

地球上多达一半的水可能来自太阳风和太空尘埃

硬件 时间:2021-11-30 22:45:04 匿名用户

水对地球上的生命至关重要,一些专家说,作为健康生活方式的一部分,我们每天都应该喝大约两升水。但是除了水龙头,我们的水从哪里来?

它从当地河流、水库和含水层流出。但是水是从哪里来的呢?在地质时期,地球通过生物体、大气、河流、海洋、我们脚下的岩石,甚至通过地球内部深处循环水。

但是在那之前呢?地球最初是从哪里获得水的?科学家们一直在寻找这个问题的答案。

我们研究了一颗小行星的微小碎片以找出答案——我们认为来自太阳的质子雨可能一直在整个太阳系的岩石和尘埃上产生水。事实上,地球上有多达一半的水可能是通过这种方式产生的,并伴随着落下的太空尘埃到达这里。

水之谜

我们知道,在太阳系历史的早期,地球上的水可能来自外层空间。那么,给地球水的最原始的传送服务是什么呢?

富含水的小行星目前是输送水以及碳氢化合物的最佳候选者,它们共同使我们美丽宜居的蓝色星球充满生命成为可能。

然而,来自小行星的水含有特定比例的普通氢和较重的氢,或同位素,称为氘。如果地球上所有的水都来自小行星,我们会期望它具有相同的比例——但地球水的氘含量较低,因此在太空中肯定还有其他一些含氘量较低的水源。

然而,在太阳系中,我们所知道的唯一一件事是太阳本身,它含有大量的氢,但氘的比率低于地球。这让我们有点为难,因为很难看出地球水中的氢是如何来自太阳的。

令人兴奋的是,我们可能最终找到了这个难题的答案。

小行星碎片

早在2011年,日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)就派出了Hayabusa任务,对小行星Itokawa进行取样,并将其带回地球。2017年,我们很幸运地从样本中获得了三种极为罕见的矿物颗粒,每种颗粒的宽度约为一根头发。

我们的目的是以一种全新的方式研究这些尘埃粒子的外表面,看看它们是否受到“太空风化”的影响。这是一系列已知会影响暴露在太空中的所有表面的过程的组合,例如有害的银河宇宙射线、微陨石撞击、太阳辐射和太阳风。

我们在一个由来自三大洲的专家组成的庞大团队中工作,使用一种相对较新的技术,称为原子探针层析成像技术,在原子水平上分析微小样品。这让我们可以测量三维空间中单个原子和分子的丰度和位置。

在Itokawa粒子的表面附近,我们发现了一层富含氢氧化物分子(OH,含有一个氧原子和一个氢原子)和更重要的水(H₂O、 包含两个氢原子和一个氧原子的)。

水的发现出乎意料!据我们所知,这些来自小行星的矿物应该像骨头一样干燥。

太阳风如何制造水

后来形成这种水所需的氢原子最有可能的来源是太阳风:氢离子(缺少电子的原子)从太阳流经太空,然后落在尘埃粒子的表面。

我们在实验室测试了这一理论,用重氢离子(氘)模拟太阳风中的重氢离子对小行星中的矿物进行燃烧,发现这些离子与矿物颗粒发生反应,偷走氧原子,生成氢氧化物和水。

太阳风产生的水代表了我们太阳系中一个以前未被考虑的蓄水池。更重要的是,银河系中每一个没有空气的世界或岩石块都可能是由太阳提供动力的缓慢更新的水资源的家园。

这对于未来的人类太空探索来说是个好消息。这种赋予生命的水资源也有可能被分解成氢和氧来制造火箭燃料。

回到现实

那么这个启示与地球水的起源有什么关系呢?

当地球及其海洋形成时,太阳系中充满了从千米宽的小行星到微米级的尘埃颗粒的天体。从那以后,这些物体一直落在我们的星球(和其他星球)上。

从我们的小空间风化颗粒放大,我们估计一立方米的小行星尘埃可能包含多达20升的水。因此,由于所有的太空尘埃都在千古年代落到地球上,大量来自太阳的水(含较少的氘)将与来自较大小行星的较重的水一起到达地球。

我们计算出,大约50:50的富水尘埃和小行星的混合物将与地球水的同位素组成完美匹配。

所以,当你啜饮下一杯水时,想想这个奇怪的想法:地球有一半的水来自太阳。

Luke Daly接受英国科学技术设施委员会(STFC)的资助。他隶属于格拉斯哥大学、牛津大学和悉尼大学。

Martin R.Lee教授接受英国科技设施委员会(STFC)的资助

Nick Timms和Phil Bland没有为任何公司或组织工作、咨询、拥有股份或从中获得资金,这些公司或组织将从本文中受益,并且除了他们的学术任命之外,没有披露任何相关的从属关系。

标签: #硬件

郑重声明:图文由自媒体作者发布,我们尊重原作版权,但因数量庞大无法逐一核实,图片与文字所有方如有疑问可与我们联系,核实后我们将予以删除。

猜你喜欢

关于我们 版权申明 科技时报版权所有 粤ICP备2021112027号